DE10210063A1 - Sonotrode punch for making hole in flat workpiece has ridge with sharp edge defining contour of hole, working against anvil with matching aperture - Google Patents

Abstract

The sonotrode punch (20) has a sharp edge (22,22') which cuts through a flat e.g. plastics workpiece (W). The anvil (10) is fixed and has an aperture (11) through which cut-out pieces of material may fall. The sharp edge of the tool fits into the aperture, and there is a shoulder (25) on the outside of the sharp edge and a hollow or cutout (21) inside. The body of the punch tool (24) is subjected to ultrasonic vibrations with an amplitude in the region of 15 to 25 mu.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen einer Öffnung in ein Werkstück, bei dem ein Bearbeitungselement eines Werkzeugs auf eine mit der Öffnung zu versehende Stelle des Werkstücks aufgesetzt und ein vom Bearbeitungselement des Werkzeugs umschlossener Bereich des Werkstücks dann durch Ausübung einer zum Werkstück hin gerichteten Vorschubkraft aus dem Werkstück freigeschnitten wird, wobei das Werkzeug durch Ultraschallschwingungen beaufschlagt wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for introducing an opening into a Workpiece, in which a processing element of a tool on a with the Place of the workpiece to be provided on the opening and one of the Machining element of the tool then enclosed area of the workpiece Exercise of a feed force directed towards the workpiece from the Workpiece is cut free, the tool by ultrasonic vibrations is applied, and a device for performing the method.

Ein derartiges Verfahren sowie eine zur Durchführung dieses Verfahrens dienende Vorrichtung sind aus der DE 36 03 627 bekannt. In dieser Druckschrift ist ein Verfahren zum Einbringen von Öffnungen in Behältern aus thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere in Kunststoff-Kraftstoffbehälter für Kraftfahrzeuge, beschrieben, bei dem vorgesehen ist, daß zum Einarbeiten der Öffnung in eine Wand des Behälters das Werkzeug mit Ultraschall mit einer axialen Schwingungsamplitude beaufschlagt wird, die mindestens 50 µm beträgt. Such a method and one for carrying out this method serving device are known from DE 36 03 627. In this publication there is a Process for making openings in thermoplastic containers Plastics, in particular in plastic fuel tanks for motor vehicles, described, in which it is provided that for incorporating the opening in a Wall of the container using an ultrasonic axial tool Vibration amplitude is applied, which is at least 50 microns.

Diese hohe Schwingungsamplitude des Werkzeugs und der damit korrelierte hohe Energieeintrag in die Wand des Behälters bewirken nun, daß das Wandmaterial des Behälters im Bereich der herzustellenden Öffnung aufgeschmolzen wird, so daß die Schneidkante des Werkzeugs der bekannten Vorrichtung durch die Vorschubkraft im wesentlichen nur durch bereits erweichtes Kunststoffmaterial bewegt wird. Eine derartige Vorgangsweise besitzt zwar den Vorteil, daß sie es erlaubt, die das Werkzeug beaufschlagende Vorschubkraft deutlich zu reduzieren, da das Werkzeug durch diese nun nicht mehr durch festes Kunststoffmaterial bewegt werden muß, sondern lediglich durch bereits durch den Eintrag von Ultraschallenergie erweichtes Material. This high vibration amplitude of the tool and the correlated with it high energy input into the wall of the container now cause that Wall material of the container is melted in the area of the opening to be produced, so that the cutting edge of the tool of the known device by the Feeding force essentially only through already softened plastic material is moved. Such an approach has the advantage that it does allows the feed force acting on the tool to increase significantly reduce, because the tool is no longer made of solid plastic material must be moved, but only by already entering Material softened by ultrasound.

Das bekannte Verfahren ist für eine Vielzahl von Anwendungsfällen durchaus ausreichend, insbesondere dann, wenn an die Maßhaltigkeit der herzustellenden Öffnung keine hohen Anforderungen gestellt werden, wie dies z. B. bei Öffnungen für Tankbehälter der Fall ist. Das bekannte Verfahren sowie die bekannte Vorrichtung erlauben aber in nachteiliger Art und Weise nicht die Herstellung von maßhaltigen Öffnungen, da das Vorschieben des Schneidwerkzeugs durch das durch Ultraschalleinwirkung erweichte Material es mit sich bringt, daß die auf die beschriebene Art und Weise hergestellte Öffnung relativ große Toleranzen besitzt. The known method is quite suitable for a large number of applications sufficient, especially if the dimensional accuracy of the parts to be manufactured Opening no high demands are made, as z. B. at Openings for tank containers is the case. The known method and the known However, the device disadvantageously does not allow the production of dimensionally stable openings, because the advancement of the cutting tool through the material softened by the action of ultrasound means that the described manner manufactured opening relatively large tolerances has.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß beim Vorschub des die Öffnung herstellenden Werkzeugs infolge des erweichten Wandmaterial des Behälters ein Schmelzaustrieb stattfindet, welcher in nachteiliger Art und Weise dazu führt, daß in der Umgebung der Öffnung dann erstarrte Materialreste des Wandmaterials des Behälters befinden, die bei einer Behälter-Öffnung für einen Tankdeckel, die ihrerseits wiederum von einem Tankverschluß überdeckt wird, noch tolerabel sind. Bei anderen Werkstücken, z. B. bei Stoßfängern für Kraftfahrzeuge, in denen eine Öffnung für einen Abstandssensor eingebracht wird, sind auch derartige durch Schmelzaustrieb bedingten Materialablagerungen nicht mehr tolerabel und werden von den Abnehmern aus der Autoindustrie auch nicht mehr toleriert, da sich derartige Materialablagerungen, insbesondere bei in Wagenfarbe lackierten Stoßfängern in optischer Hinsicht äußerst störend bemerkbar machen. Another disadvantage of the known method is that Feed of the opening tool as a result of the softening Wall material of the container takes a melt expulsion, which is disadvantageous and way that then solidified in the vicinity of the opening Remnants of the wall material of the container are located at a container opening for a tank cap, which in turn is from a tank cap is covered, are still tolerable. For other workpieces, e.g. B. in bumpers for motor vehicles in which an opening for a distance sensor is introduced will also be such material deposits due to melt expulsion no longer tolerable and are also accepted by customers from the automotive industry no longer tolerated, since such material deposits, especially in Body color painted bumpers extremely disruptive in terms of appearance to make noticable.

Desweiteren ist es noch bekannt, eine Öffnung in ein Werkstück dadurch einzuarbeiten, indem ein entsprechend konturiertes Werkzeug mit einer hinreichend großen Vorschubkraft auf das Werkstück gepreßt wird, daß also die Öffnung aus dem Werkstück herausgeschnitten oder herausgestanzt wird, ohne daß hierbei vorgesehen ist, daß eine Erweichung des Werkstücks im Bereich der herzustellenden Öffnung durch Ultraschall erfolgt. Furthermore, it is also known to have an opening in a workpiece incorporate by using an appropriately contoured tool with a sufficient large feed force is pressed onto the workpiece, so that the opening the workpiece is cut out or punched out without this it is provided that a softening of the workpiece in the area of opening to be produced by ultrasound.

Eine derartige Vorgangsweise erlaubt zwar die Herstellung von maßhaltigen Öffnung, sie besitzt jedoch den Nachteil, daß hierbei entlang der die Öffnung begrenzenden Schnittfläche des Werkstücks faser- und/oder spanartige Schneid- oder Stanzrückstände entstehen, die z. B. beim Einsetzen eines Abstandssensors in eine derartige Öffnung eines Stoßfängers eines Kraftfahrzeugs aus der Öffnung hervorgedrückt werden und auf diese Art und Weise ebenfalls Materialrückstände auf der sichtbaren Oberseite des Werkstücks bewirken und sich folglich in optischer Hinsicht wiederum äußerst störend bemerkbar machen. Such a procedure allows the production of true to size Opening, however, has the disadvantage that the opening limiting cutting surface of the workpiece fiber and / or chip-like cutting or stamping residues arise that z. B. when inserting a Distance sensor in such an opening of a bumper of a motor vehicle from the Opening are expressed and in this way also Material residues on the visible top of the workpiece cause and consequently make it extremely disruptive from a visual point of view.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß das Einbringen einer Öffnung in ein Werkstück mit höherer Maßhaltigkeit und vermindertem Schmelzaustrieb ermöglicht wird. It is therefore an object of the present invention, a method and a Develop device of the type mentioned in such a way that the introduction of a Opening into a workpiece with higher dimensional accuracy and reduced Melt expansion is made possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Amplitude der das Werkzeug beaufschlagenden Ultraschallschwingungen derart gewählt wird, daß beim Einbringvorgang der Öffnung in das Werkstück nur ein oberflächliches Erweichen oder Anschmelzen eines das Werkzeug umgebenden, die herzustellende Öffnung begrenzenden Materialbereichs des Werkstücks erfolgt. This object is achieved in that the amplitude of the Tool applied ultrasonic vibrations is chosen such that only a superficial one when inserting the opening into the workpiece Softening or melting one of the tools surrounding the to be produced opening delimiting material region of the workpiece.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in vorteilhafter Art und Weise ein Verfahren geschaffen, welches sich dadurch auszeichnet, daß mit ihm in vorteilhafter Art und Weise maßhaltige Öffnungen in das Werkstück eingebracht werden können, da beim erfindungsgemäßen Verfahren auf eine großflächige Erweichung oder ein Anschmelzen des Werkstücks im Bereich der herzustellenden Öffnung verzichtet wird. Vielmehr wird beim erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, daß das zu bearbeitende Werkstück nicht mehr im Bereich seiner herzustellenden Öffnung durch Ultraschall erweicht wird, damit mit einer geringeren Vorschubkraft gearbeitet werden kann, sondern daß die Vorschubkraft im wesentlichen gegenüber einer Bearbeitung ohne die Verwendung von Ultraschall nur geringfügig reduziert wird, und daß dieser den eigentlichen Bearbeitungsvorgang dominierenden Vorschubkraft lediglich die einen kleinen Energieeintrag bewirkende Ultraschallschwingung mit einer erfindungsgemäß vorgesehenen kleinen Schwingungsamplitude überlagert wird. The measures according to the invention are advantageous created a procedure, which is characterized in that with him in advantageously made dimensionally accurate openings in the workpiece can be because in the method according to the invention on a large area Softening or melting of the workpiece in the area to be manufactured Opening is dispensed with. Rather, in the method according to the invention provided that the workpiece to be machined is no longer in the area of its the opening to be produced is softened by ultrasound, thus with a lower Feed force can be worked, but that the feed force in essential compared to processing without the use of ultrasound is only slightly reduced, and that the actual Machining process dominating feed force only a small energy input effecting ultrasonic vibration with a provided according to the invention small vibration amplitude is superimposed.

Vorzugsweise wird hierbei vorgesehen, daß die Amplitude der Ultraschallschwingung kleiner als 50 µm ist und vorzugsweise zwischen 15 µm und 25 µm beträgt, so daß der Energieeintrag auf den dem Werkzeug im wesentlichen unmittelbar benachbarten, die Öffnung begrenzenden Bereich des Werkstücks begrenzt ist, um zu erreichen, daß an der die Öffnung begrenzenden Stanz- oder Schnittfläche des Werkstücks keine Stanz- oder Schnittrückstände auftreten. It is preferably provided here that the amplitude of the Ultrasonic vibration is less than 50 µm and is preferably between 15 µm and 25 µm, so that the energy input to the tool is essentially immediate adjacent region of the workpiece which delimits the opening, to achieve that on the punching or cutting surface delimiting the opening There are no punching or cutting residues on the workpiece.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß als Werkzeug ein Werkzeug mit einem Prägeelement verwendet wird. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, daß hierdurch in einfacher Art und Weise möglich ist, den Rand der Öffnung mit einer Prägung bzw. Abrundung, zu versehen, da durch den Ultraschalleintrag das Material des Werkstücks im Bereich des Prägeelements des Werkzeugs hinreichend erweicht wird. An advantageous development of the invention provides that as a tool Tool with an embossing element is used. Such a measure has the advantage that it is possible in a simple manner Edge of the opening with an embossing or rounding, because by the Ultrasound entry of the material of the workpiece in the area of the embossing element of the tool is sufficiently softened.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Vorrichtung eine Werkstückauflage mit einer entsprechend der herzustellenden Öffnung konturierten Ausnehmung aufweist, und daß in der Ausnehmung ein Gegenhalter angeordnet ist, der relativbeweglich zu der Werkzeugaufnahme angeordnet ist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, daß hierdurch in einfacher Art und Weise mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren Öffnungen in Werkstücken herstellbar sind, die nicht nur an dem die Öffnung begrenzenden Rand keine Stanz- oder Schnittrückstände aufweisen, sondern bei dem darüber hinaus auch noch an der im Inneren des Werkstücks befindlichen, die Öffnung begrenzenden Schnittfläche und/oder an der der Sonotrode gegenüberliegenden Seite des Werkstücks keine Stanz- oder Schnittrückstände auftreten. Another advantageous development of the invention provides that the Device a workpiece support with a corresponding to the opening to be made has contoured recess, and that in the recess a counter-holder is arranged, which is arranged relatively movable to the tool holder. Such a measure has the advantage that it is simple and Way with the device according to the invention and the inventive Process openings can be made in workpieces that not only on the Edge that does not have any punching or cutting residues, but also on the inside of the workpiece located, the opening delimiting cut surface and / or on the Sonotrode opposite side of the workpiece no punching or Cut residues occur.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Further advantageous developments of the invention are the subject of Dependent claims.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind den Ausführungsbeispielen zu entnehmen, die im folgenden anhand der Figuren beschrieben wird. Es zeigen: Further details and advantages of the invention are the exemplary embodiments can be seen, which is described below with reference to the figures. It demonstrate:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Fig. 1 is a schematic representation of a first embodiment of an apparatus for performing the method,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Fig. 2 is a schematic representation of a second embodiment of an apparatus for performing the method,

Fig. 3 die Vorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels zu Beginn der Herstellung einer Öffnung, Fig. 3 shows the apparatus of the second embodiment at the beginning of the making of a hole,

Fig. 4 die Vorrichtung des zweiten Ausführungsbeispiels nach der Herstellung der Öffnung, Fig. 4 shows the device of the second embodiment after the production of the opening,

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs X der Fig. 3, und Fig. 5 is an enlarged view of the area X of Fig. 3, and

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs X der Fig. 4. Fig. 6 is an enlarged view of region X in FIG. 4.

In Fig. 1 ist nun ein Werkstück W dargestellt, das auf einer Werkstückauflage 10 einer hier nur schematisch dargestellten Vorrichtung 1 zum Einbringen einer Öffnung O in das Werkstück W positioniert ist. Die Werkstückauflage 10 weist eine Ausnehmung 11 auf, über der ein Sonotroden-Werkzeug 20 mit einem Bearbeitungselement 22, das im hier gezeigten Fall als ein Stanz- oder Schneidwerkzeug 21 ausgebildet ist, angeordnet ist. Das Stanz- oder Schneidwerkzeug 21 weist als Bearbeitungselement 22 eine messerartig ausgebildete Schneid- oder Stanzkante 22' auf, deren Kontur die Kontur der herzustellenden Öffnung O festlegt. Das Sonotroden-Werkzeug 20 ist am Ausgang einer an und für sich bekannten und daher nicht dargestellten sowie beschriebenen Ultraschall-Erzeugungseinrichtung der Vorrichtung 1 angebracht, so daß von der Ultraschall-Erzeugungseinrichtung erzeugte Ultraschallschwingungen auf das Sonotroden-Werkzeug 20 und somit auf die Schneid- oder Stanzkante 22', also auf das Bearbeitungselement 22 des Sonotroden-Werkzeugs 20, übertragen werden. Die Vorrichtung 1 weist desweiteren noch eine an und für sich bekannte und daher ebenfalls nicht gezeigte und nicht beschriebene Vorschubeinrichtung auf, mit der das Sonotroden-Werkzeug 20 in Richtung des Werkstücks W vorgeschoben und mit einer hinreichend großen Bearbeitungskraft auf das Werkstück W gepreßt werden kann. In Fig. 1, a workpiece W is now shown, which is positioned on a workpiece support 10 a device 1 here shown only schematically for introducing an opening O into the workpiece W. The workpiece support 10 has a recess 11 , above which a sonotrode tool 20 with a machining element 22 , which in the case shown here is designed as a punching or cutting tool 21 , is arranged. The punching or cutting tool 21 has as the processing element 22 a knife-like cutting or punching edge 22 ', the contour of which defines the contour of the opening O to be produced. The sonotrode tool 20 is attached to the output of a per se known and therefore not shown and described ultrasound generating device of the device 1 , so that ultrasonic vibrations generated by the ultrasound generating device on the sonotrode tool 20 and thus on the cutting or punching edge 22 ', are thus transmitted to the processing element 22 of the sonotrode tool 20th The device 1 furthermore has a feed device which is known per se and therefore also not shown and not described, with which the sonotrode tool 20 can be advanced in the direction of the workpiece W and pressed onto the workpiece W with a sufficiently high machining force.

Zur Herstellung der Öffnung O im Werkstück W wird nun das Sonotroden-Werkzeug 20 durch die Vorschubeinrichtung der Vorrichtung 1 in Richtung des Werkstücks W zugestellt und das Bearbeitungselement 22 wird auf die Oberfläche W' des Werkstücks W gedrückt, wobei die Vorschubkraft in Abstimmung auf das Material des Werkstücks W derart gewählt ist, daß der Einarbeitungsvorgang der Öffnung O in das Werkstück W im wesentlichen durch die Vorschubkraft bestimmt wird. Typischerweise wird hierbei eine Vorschubkraft - bei einem Kunststoffmaterial, aus dem typischerweise Stoßfänger für Kraftfahrzeuge ausgebildet sind - von etwa 3-4 kN vorgesehen, während bei einem derartigen Stanzvorgang ohne die nachstehend beschriebene Ultraschall-Unterstützung typischerweise 5-6 kN erforderlich wären. To produce the opening O in the workpiece W, the sonotrode tool 20 is now advanced by the feed device of the device 1 in the direction of the workpiece W and the machining element 22 is pressed onto the surface W 'of the workpiece W, the feed force being coordinated with the material of the workpiece W is selected such that the process of incorporating the opening O into the workpiece W is essentially determined by the feed force. Typically, a feed force of approximately 3-4 kN is provided for a plastic material from which bumpers for motor vehicles are typically formed, whereas a punching process of this type would typically require 5-6 kN without the ultrasound support described below.

Dieser Vorschubkraft wird dann eine durch die von der Ultraschall-Erzeugungseinrichtung erzeugten Ultraschallschwingungen hervorgerufene Oszillationsbewegung des Sonotroden-Werkzeugs 20 überlagert, wobei vorgesehen ist, daß hierbei die axiale Schwingungsamplitude des Sonotroden-Werkzeugs 20 nur gering ist, unter 50 µm liegt und vorzugsweise im Bereich zwischen 15 µm und 25 µm ist. This feed force is then superimposed on an oscillation movement of the sonotrode tool 20 caused by the ultrasound vibrations generated by the ultrasound generating device, it being provided that the axial oscillation amplitude of the sonotrode tool 20 is only small, less than 50 μm and preferably in the range between Is 15 µm and 25 µm.

Die Überlagerung der dem Einarbeitungsvorgang der Öffnung O in das Werkstück W dominierenden, von der Vorschubkraft hervorgerufenen Vorschubbewegung mit den durch die Ultraschallschwingungen mit kleiner Schwingungsamplitude erzeugten Oszillation des Sonotroden-Werkzeugs 20 führt nun infolge des hierdurch bewirkten, in vorteilhafter Art und Weise nur geringen Eintrags von Ultraschallenergie dazu, daß das Werkstück W nun nicht mehr in seinem gesamten Bereich der herzustellenden Öffnung O aufgeschmolzen oder zumindest erweicht wird, sondern daß in vorteilhafter Art und Weise nur ein oberflächliches Erweichen oder Anschmelzen des dem Sonotroden-Werkzeug 20 unmittelbar benachbarten Materialbereichs des Werkstücks W bewirkt wird. The overlapping of the feed movement, which dominates the machining process of the opening O into the workpiece W and is caused by the feed force, with the oscillation of the sonotrode tool 20 generated by the ultrasonic vibrations with a small oscillation amplitude now advantageously results in only a small amount of entry Ultrasonic energy to the effect that the workpiece W is no longer melted or at least softened in its entire area of the opening O to be produced, but that in an advantageous manner only a superficial softening or melting of the material area of the workpiece W immediately adjacent to the sonotrode tool 20 is effected becomes.

Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, daß die auf diese Art und Weise hergestellten Öffnungen im Werkstück W sich durch eine hohe Maßhaltigkeit und somit geringe Toleranzen auszeichnen, da beim beschriebenen Verfahren das Sonotroden-Werkzeug 20 nicht - wie bei den bekannten Verfahren - in einen großflächig erweichten Bereich des Werkstücks W eindringt, sondern in ein im wesentlichen festes, d. h. nur geringfügig erweichtes oder aufgeschmolzenes Material, daß also das Sonotroden-Werkzeug 20 im wesentlichen in einer Art und Weise in das Werkstück W eindringt, die einem Schneiden oder Stanzen von Öffnungen in ein Werkstück ohne die Verwendung von Ultraschall entspricht. Such a measure has the advantage that the openings in the workpiece W produced in this way are characterized by a high degree of dimensional accuracy and thus small tolerances, since in the described method the sonotrode tool 20 does not have a large area, as in the known methods softened area of the workpiece W penetrates, but in a substantially solid, ie only slightly softened or melted material, that is to say that the sonotrode tool 20 penetrates into the workpiece W essentially in a manner which prevents cutting or punching openings in corresponds to a workpiece without the use of ultrasound.

Die Unterstützung der durch die Vorschubkraft bewirkten Vorschubbewegung des Sonotroden-Werkzeugs 20 durch die Oszillationsbewegung des Sonotroden- Werkzeugs 20, welche durch die von der Ultraschall-Erzeugungseinrichtung hervorgerufenen Ultraschallschwingungen mit kleiner axialen Schwingungsamplitude erzeugt werden, besitzt desweiteren den Vorteil, daß die die Öffnung O des Werkstücks W begrenzende Schnitt- oder Stanzfläche, also den die Schneid- bzw. Stanzkante 22' umgebenden Bereich des Werkstücks W, durch die Ultraschallschwingungen aufgeschmolzen oder zumindest erweicht wird. Dies besitzt den Vorteil, daß hierdurch das nachteilige Auftreten von faser- oder spanförmigen Schnitt- oder Stanzrückständen unterdrückt wird. The support of the feed movement caused by the feed force of the sonotrode tool 20 by the oscillation movement of the sonotrode tool 20 , which is generated by the ultrasound vibrations caused by the ultrasound generating device with a small axial vibration amplitude, has the further advantage that the opening O of the Cutting or punching surface delimiting the workpiece W, that is to say the region of the workpiece W surrounding the cutting or punching edge 22 ′, by means of which ultrasonic vibrations are melted or at least softened. This has the advantage that the disadvantageous occurrence of fibrous or chip-shaped cutting or punching residues is thereby suppressed.

Wie aus der Fig. 1 ebenfalls ersichtlich, weist das Sonotroden-Werkzeug 20 in seinem Übergangsbereich 23 zwischen Bearbeitungselement 22 und Werkzeugkörper 24 ein Prägeelement 25 auf, welches dazu dient, den Rand der herzustellenden Öffnung O entsprechend zu konturieren, insbesondere mit einer Rundung zu versehen. As can also be seen from FIG. 1, the sonotrode tool 20 has in its transition region 23 between the machining element 22 and the tool body 24 an embossing element 25 which serves to appropriately contour the edge of the opening O to be produced, in particular to provide it with a curve ,

Es soll noch erwähnt werden, daß das beschriebene Verfahren und die beschriebene Vorrichtung 1 in besonderem Maß dazu geeignet sind, Öffnungen in Stoßfängern für Kraftfahrzeuge herzustellen. It should also be mentioned that the described method and the described device 1 are particularly suitable for producing openings in bumpers for motor vehicles.

In den Fig. 2 bis 6 ist nun ein zweites Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 dargestellt, welches seinem prinzipiellen Aufbau nach demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels entspricht, so daß einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen und nicht mehr weiter erläutert werden. In Figs. 2 to 6, a second embodiment of the device 1 is now shown, which corresponds to its basic structure to that of the first embodiment, so that corresponding parts are given the same reference numerals and not explained further more.

Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Ausführungsbeispielen liegt nun darin, daß beim zweiten Ausführungsbeispiel ein Gegenhalter 30vorgesehen ist, dessen Gegenhalterfläche 31 zumindest geringfügig größer als die Außenkontur der im Werkstück W herzustellenden Öffnung O ist und der von der die Ausnehmung 11 aufweisenden Werkstückauflage 10 und somit von dem auf der Werkstückauflage 10 liegenden Werkstück W in den Richtungen des Doppelpfeils P bewegbar ist. The essential difference between the two exemplary embodiments lies in the fact that in the second exemplary embodiment a counter-holder 30 is provided, the counter-holder surface 31 of which is at least slightly larger than the outer contour of the opening O to be produced in the workpiece W and that of the workpiece support 10 having the recess 11 and thus of the workpiece W lying on the workpiece support 10 can be moved in the directions of the double arrow P.

Die Herstellung der Öffnung O im Werkstück W wird nun wie folgt durchgeführt: Das Werkstück W wird auf die Werkstückauflage 10 aufgelegt. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Gegenhalter 30 in seiner in Fig. 2 gezeigten Position, in der er die Ausnehmung 11 der Werkstückauflage 10 verschließt. The opening O in the workpiece W is now produced as follows: the workpiece W is placed on the workpiece support 10 . At this time, the counter-holder 30 is in its position shown in FIG. 2, in which it closes the recess 11 of the workpiece support 10 .

In einem darauffolgenden Arbeitsschritt wird, wie aus den Fig. 3 und 5 ersichtlich - das Sonotroden-Werkzeug 20 durch die Vorschubeinrichtung in Richtung des Werkstücks W vorgeschoben und mit einer hinreichend großen Bearbeitungskraft auf das Werkstück W gepreßt, wobei dann wiederum diese Vorschubkraft - wie beim ersten Ausführungsbeispiel - einer Oszillationsbewegung des Sonotroden-Werkzeugs 20 überlagert wird. Dieser Vorgang wird durchgeführt, bis die Schneid- oder Stanzkante 22' des Bearbeitungselements 22 des Sonotroden-Werkzeugs 20 auf der Gegenhalterfläche 31 aufsetzt oder kurz davor ist, aufzusetzen. In a subsequent work step, as can be seen from FIGS. 3 and 5, the sonotrode tool 20 is advanced through the feed device in the direction of the workpiece W and pressed onto the workpiece W with a sufficiently high machining force, this feed force then again - as in the case of first embodiment - an oscillation movement of the sonotrode tool 20 is superimposed. This operation is performed until the cutting or punching edge 22 'of the processing member 22 of the sonotrode touches tool 20 on the anvil face 31 or is just about to sit.

Danach wird, wie aus den Fig. 4 und 6 ersichtlich, der Gegenhalter 30 wegbewegt und das Sonotroden-Werkzeug 20 wird durch die Vorschubeinrichtung weiter vorwärts bewegt, bis die Stanz- oder Schneidkante 22' des Bearbeitungselements 22 aus dem Werkstück W hervortritt, d. h., bis also das Bearbeitungselement 22 das Werkstück W zur Ausbildung der Öffnung O ganz durchdrungen hat. Thereafter, as shown in FIGS. 4 and 6, the backstop 30 moved away and the sonotrode tool 20 is moved by the feed means further forward until the punching or cutting edge 22 'of the processing member 22 from the workpiece W protrudes, ie, until the machining element 22 has completely penetrated the workpiece W to form the opening O.

Eine derartige Vorgangsweise besitzt den Vorteil, daß auf die beschriebene Art und Weise einfach Öffnungen O im Werkstück herstellbar sind, bei denen nicht nur an der Oberfläche des Werkstücks W keine Schnitt- oder Stanzrückstände auftreten, sondern auch die die Öffnung O begrenzte Schnittfläche S des Werkstücks W von derartigen Rückständen frei ist. Such a procedure has the advantage that in the manner described and way easily openings O can be produced in the workpiece, in which not only on the surface of the workpiece W no cutting or punching residues occur, but also the cut area S of the opening O limited Workpiece W is free of such residues.

Soll nun der obere Rand R der Öffnung O mit einer Prägekante P versehen werden, so wird das Bearbeitungselement 22 solange vorgeschoben, bis - wie beim ersten Ausführungsbeispiel - das Prägeelement 25 das Werkstück W entsprechend beaufschlagt. If the upper edge R of the opening O is now to be provided with an embossing edge P, the machining element 22 is advanced until - as in the first exemplary embodiment - the embossing element 25 acts on the workpiece W accordingly.

Claims (19)

1. Verfahren zum Einbringen einer Öffnung in ein Werkstück (W), bei dem ein Bearbeitungselement (22) eines Werkzeugs (20) auf eine mit der Öffnung (O) zu versehende Stelle des Werkstücks (W) aufgesetzt und ein vom Bearbeitungselement (22) des Werkzeugs (20) umschlossener Bereich des Werkstücks (W) dann durch Ausübung einer zum Werkstück (W) hin gerichteten Vorschubkraft aus dem Werkstück (W) freigeschnitten wird, wobei das Werkzeug (20) durch Ultraschallschwingungen beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der das Werkzeug (20) beaufschlagenden Ultraschallschwingungen derart gewählt wird, daß beim Einbringvorgang der Öffnung (O) in das Werkstück (W) nur ein oberflächliches Erweichen oder Anschmelzen eines das Werkzeug (20) umgebenden, die herzustellende Öffnung (O) begrenzenden Materialbereichs des Werkstücks (W) erfolgt. 1. Method for introducing an opening into a workpiece (W), in which a machining element ( 22 ) of a tool ( 20 ) is placed on a location of the workpiece (W) to be provided with the opening (O) and one of the machining element ( 22 ) area of the workpiece (W) of the tool ( 20 ) is then cut free from the workpiece (W) by exerting a feed force directed towards the workpiece (W), the tool ( 20 ) being subjected to ultrasonic vibrations, characterized in that the amplitude the ultrasonic vibrations acting on the tool ( 20 ) are selected such that when the opening (O) is introduced into the workpiece (W) only a superficial softening or melting of a material area of the workpiece surrounding the tool ( 20 ) and delimiting the opening (O) to be produced (W) takes place. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Ultraschallschwingungen kleiner als 50 µm ist. 2. The method according to claim 1, characterized in that the amplitude of the Ultrasonic vibrations is less than 50 µm. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Ultraschallschwingungen im Bereich von ungefähr 15 µm und 25 µm liegt. 3. The method according to claim 2, characterized in that the amplitude of the Ultrasonic vibrations are in the range of approximately 15 µm and 25 µm. 4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Bearbeitungswerkzeug ein Sonotroden-Werkzeug (20) verwendet wird, und daß das Sonotroden-Werkzeug (20) von Ultraschallschwingungen, die von einer Ultraschall-Erzeugungseinrichtung erzeugt werden, beaufschlagt wird. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a sonotrode tool ( 20 ) is used as the machining tool, and that the sonotrode tool ( 20 ) is acted upon by ultrasonic vibrations which are generated by an ultrasonic generating device. 5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkzeug (20) ein Werkzeug mit einem Prägeelement (25) verwendet wird. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a tool with an embossing element ( 25 ) is used as the tool ( 20 ). 6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (20) von einer Vorschubeinrichtung in Richtung des Werkstücks (W) zugestellt und mit einer zum Einbringen der Öffnung (O) in das Material des Werkstücks (W) hinreichend großen Vorschubkraft beaufschlagt wird. 6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the tool ( 20 ) is fed by a feed device in the direction of the workpiece (W) and with a sufficiently large feed force for introducing the opening (O) into the material of the workpiece (W) is applied. 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Vorschubkraft bewirkten Vorschubbewegung des Werkzeugs (20) eine durch die Ultraschallschwingungen bewirkte Oszillationsbewegung überlagert wird. 7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the feed movement of the tool ( 20 ) caused by the feed force is superimposed on an oscillation movement caused by the ultrasonic vibrations. 8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (W) auf eine Werkstückauflage (10) gelegt wird, die eine Ausnehmung (11) aufweist, in der ein Gegenhalter (30) angeordnet ist, dessen Gegenhalterfläche (31) zumindest geringfügig größer als die herzustellende Öffnung (O) ist, und daß der Gegenhalter (30) vom Werkstück (W) zumindest dann wegbewegt wird, sobald das Werkzeug (20) auf einer Gegenhalterfläche (31) des Gegenhalters (30) aufsetzt. 8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the workpiece (W) is placed on a workpiece support ( 10 ) having a recess ( 11 ) in which a counter-holder ( 30 ) is arranged, the counter-holder surface ( 31 ) is at least slightly larger than the opening (O) to be produced, and that the counter-holder ( 30 ) is moved away from the workpiece (W) at least as soon as the tool ( 20 ) touches down on a counter-holder surface ( 31 ) of the counter-holder ( 30 ). 9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkstück (W) von einem Prägeelement (25) des Werkzeugs (20) beaufschlagt wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the workpiece (W) is acted upon by an embossing element ( 25 ) of the tool ( 20 ). 10. Vorrichtung zum Einbringen einer Öffnung (O) in ein Werkstück (W), die eine Ultraschall-Erzeugungseinrichtung und ein an diese gekoppeltes Sonotroden- Werkzeug (20) aufweist, wobei das Sonotroden-Werkzeug (20) durch von der Ultraschall-Erzeugungseinrichtung erzeugten Ultraschallschwingungen beaufschlagbar ist, und die eine Vorschubeinrichtung zum Vorschub des Sonotroden-Werkzeugs (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der das Sonotroden-Werkzeug (20) beaufschlagenden Ultraschallschwingungen kleiner als 50 µm ist. 10. Device for introducing an opening (O) into a workpiece (W), which has an ultrasound generating device and a sonotrode tool ( 20 ) coupled thereto, the sonotrode tool ( 20 ) being generated by the ultrasound generating device Ultrasonic vibrations can be acted upon, and which has a feed device for advancing the sonotrode tool ( 20 ), characterized in that the amplitude of the ultrasonic vibrations acting on the sonotrode tool ( 20 ) is less than 50 µm. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der Ultraschallschwingungen im Bereich von 15 µm-25 µm liegt. 11. The device according to claim 10, characterized in that the amplitude the ultrasonic vibrations are in the range of 15 µm-25 µm. 12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonotroden-Werkzeug (20) ein Bearbeitungselement (22) aufweist, dessen Kontur die Kontur der im Werkstück (W) herzustellenden Öffnung (O) festlegt. 12. The apparatus according to claim 10, characterized in that the sonotrode tool ( 20 ) has a processing element ( 22 ), the contour of which defines the contour of the opening (O) to be produced in the workpiece (W). 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungselement (22) als eine messerartig ausgebildete Schneid- oder Stanzkante (22') ausgebildet ist. 13. The device according to one of claims 10 to 12, characterized in that the processing element (22) is formed as a knife-like formed cutting or punching edge (22 '). 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonotroden-Werkzeug (20) ein Prägeelement (25) aufweist. 14. Device according to one of claims 10 to 13, characterized in that the sonotrode tool ( 20 ) has an embossing element ( 25 ). 15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Prägeelement (25) in einem Übergangsbereich (23) zwischen dem Bearbeitungselement (22) und dem Werkzeugkörper (24) des Sonotroden-Werkzeugs (20) angeordnet ist. 15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the embossing element ( 25 ) is arranged in a transition region ( 23 ) between the processing element ( 22 ) and the tool body ( 24 ) of the sonotrode tool ( 20 ). 16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) eine Werkzeugauflage (10) mit einer Ausnehmung (11) aufweist. 16. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 1 ) has a tool support ( 10 ) with a recess ( 11 ). 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ausnehmung 11 ein Gegenhalter (30) angeordnet ist, dessen Gegenhalterfläche (31) geringfügig größer als die Außenkontur der herzustellenden Öffnung (O) ist. 17. The apparatus according to claim 16, characterized in that a counter-holder ( 30 ) is arranged in the recess 11 , the counter-holder surface ( 31 ) is slightly larger than the outer contour of the opening (O) to be produced. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenhalter (30) vom Werkstück (W) wegbewegbar ist. 18. The apparatus according to claim 17, characterized in that the counter-holder ( 30 ) can be moved away from the workpiece (W). 19. Werkstück, insbesondere Stoßfänger, dadurch gekennzeichnet, daß in das Werkstück (W) eine Öffnung (O) nach einem Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1-9 eingebracht ist. 19. Workpiece, in particular bumper, characterized in that in the Workpiece (W) an opening (O) according to a method according to at least one of claims 1-9 is introduced.